CN1331891A - 用于分组数据通信的再散列定时器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用在移动台和基站上的再散列定时器,其目的是同步无线通信系统中信道的选择处理并且避免在基站中存储长的再散列列表的需要。

Description

用于分组数据通信的再散列定时器

背景

本发明总地涉及到无线通信系统，特别是涉及到那些用于确定移动台所占用信道的技术与结构。

在北美，数字通信与多址接入技术(如TDMA)现在是由称作数字先进移动电话业务(D-AMPS)的数字蜂窝无线电话系统提供，它的一些特点在暂行标准TIA/EIA/IS-54中有详细规定，该标准名为“双模式移动台-基站兼容性标准”，由电信行业协会与电子行业协会(TIA/EIA)出版，在此特别地引入作为参考。由于现存的大量用户是基于仅能在采用频分多址接入(FDMA)的模拟域内进行的设备操作，所以TIA/EIA/IS-54是一种双模式(模拟与数字)的标准，同时提供了模拟兼容性与数字通信能力。例如，TIA/EIA/IS-54标准提供了FDMA模拟话音信道(AVC)与TDMA的数字业务信道(DTC)。AVC与DTC由频率调制无线载波信号实现，该频率调制无线载波信号的频率在800兆赫(MHz)附近，使得每一无线信道的频谱带宽是30千赫(KHz)。

在TDMA蜂窝无线电话系统中，每一无线信道都被分成一系列的时隙，每一时隙包含了来自某一数据源的一连串信息，比如，语音会话的数字编码部分。时隙被组成连续的、具有预先确定的持续时间的TDMA帧。每一TDMA帧内的时隙数目与能够同时共享无线信道的用户数目有关。如果TDMA帧内的每一时隙被分配给不同的用户，那么TDMA帧的持续时间就是分配给同一用户的连续两个时隙之间的最短时间。

分配给同一用户的相继的时隙在无线载波中一般不是连续的时隙，这些时隙组成了用户的数字业务信道，这个业务信道可以被看成分配给用户的逻辑信道。正如在TIA/EIA/IS-136中详细描述的，数字控制信道(DCCH)也能够被用于传送控制信号，并且这样的DCCH是逻辑信道，它由无线载波上的一系列通常非连续的时隙组成。

由TIA/EIA/IS-54与TIA/EIA/IS-136(现在的ANSI136)标准规定的系统都是采用电路交换技术，它是一类“面向连接”的通信，也就是建立一个物理呼叫连接并且只要通信终端系统进行数据交换就维护这个连接。电路交换的直接连接可以作为一条开放的管道，允许终端系统对任何它们认为合适的对象使用这条连接。尽管使用电路交换的数据通信能很好的适用于恒定带宽的应用，但是它对低带宽与“突发”的应用来说效率就相对较低。

分组交换技术可能是面向连接的(如X.25)或者面向无连接的(如互联网协议，“IP”)，它并不需要建立与拆除物理连接，这与电路交换技术形成鲜明对照。这样就减少了数据时延并且增加了信道在处理相对稍短的、突发的或者是交互事务时的效率。无连接的分组交换网络把路由功能分配到多个路由点上，因此避免了使用中央交换集线器时可能出现的流量瓶颈。数据被分组化并对相应终端系统定址，然后在沿着数据路径的独立单元中传输。位于通信终端系统间的中间系统，也叫做“路由器”，基于每一分组做出要采用的最合适路由的决定。路由决定是基于多个特征，包括：最小开销路由或者开销度量；链路的容量；等待传输的分组的数目；链路的安全需求；以及中间系统(节点)的运行状态。

与单个的电路建立相比，沿着考虑了路径度量的路由的分组传输方法提供了应用与通信的灵活性。它也说明了最标准的局域网(LAN)与广域网(WAN)如何在共同的环境中发展。分组交换对数据通信非常适用，因为所使用的很多应用与设备，例如键盘终端，都是交互的，并且以突发的方式传送数据。分组交换把来自多个终端的多个传输交织到一个信道内，而不会有用户向终端输入很多的数据或者暂停下来思考问题时的信道的空闲。

由于路径的独立性以及路由器在网络节点失败时选择替代路径的能力，分组数据提供了更高的网络鲁棒性。因此，分组交换支持更高效的网络线路利用。分组技术提供了可以按照传输数据的流量而不是连接时间对最终用户计费的可选方式。如果最终用户的应用已经被设计为可以高效利用空中链路的话，那么传输的分组的数目将会最小。如果每一个单个用户的业务都持续最小，那么服务提供商就能够大大提高网络的容量。

分组网络的设计通常都是基于广泛的工业数据标准，例如开放系统接口(0SI)模型或者TCP/IP协议栈。不管是形式上的还是事实上的，这些标准都已经发展了好多年，并且使用这些协议的应用都是很容易得到的。基于标准的网络的主要目的是为了得到与其它网络的互连性。因特网就是今天最明显的一种追求这种目标的基于标准的网络例子。

在移动分组数据系统中，在使用确认传输的空中链路之上有基于预留的媒体接入控制(MAC)协议，因而低的数据时延与高效的空中链路带宽利用率都很难满足。解决时延与高效带宽利用率的一个重要的技术是负载均分，也就是把分组动态地分配到不同的传输资源上传输。根据在ANSI-136系统中为集成的语音与分组数据业务刚刚提出的新标准，将要确立这样的技术，即不但可以在一个载波上的分组数据信道内分配业务负载，而且还能够在不同载波上的分组数据信道内分配业务负载。

例如，在包括多个分组数据控制信道(PCCH)的系统中，在一个或多个载波上，每一个移动台(MS)通过使用缺省的散列算法来选择它应该占用哪个PCCH。更加明确地，非激活的(空闲的)MS执行针对小区的重选后读取信标PCCH。在该信标PCCH上，该小区所支持的PCCH的有关信息都被提供。通过使用缺省的散列算法，MS将决定它将占用哪一个PCCH。例如，缺省的散列算法可以根据移动台的标识数字的最低有效位来决定该PCCH。这样，移动台调谐到选定的PCCH并读取它的寻呼信道。

使用这种方法，小区中的移动台被均匀地分布到该小区支持的PCCH上。然而，在每一PCCH上产生的流量由于某些原因可能会变化，例如很多分配到其上的MS在数据事务中是否是激活的，或者很多分配到其上的MS是否处于睡眠状态以及因此而只读取寻呼时隙。

在由于MS活动的改变造成流量改变时，为了分散流量负载，基站(BS)可能使用信道重分配消息以便迫使一个移动台改换到另一个PCCH或者命令移动台移动到一个分组业务信道(PTCH)。如果移动台被指示调谐到某一PTCH，它将在事务过程中使用PTCH，然后返回到初始的PCCH，并且启动一个电池防护进程。如果移动台被指示调谐到不同载波上的一个PCCH，则移动台将为事务使用该新的PCCH，并且当事务结束后可选地停留在新的PCCH上。

在以上所有的情况下，BS都需要记住哪一个移动台已经被命令改换到另一个PCCH上了。这样，BS中的再散列列表一般就会非常长。因为当非激活的MS进入新的小区时(如果在同一个路由域内)不需要向网络发送通知，所以被命令寻呼MS的BS就没有办法知道MS现在是处于由缺省散列方法确定的PCCH上，还是处于由信道重分配消息确定的PTCH/PCCH上。

考虑下面的例子，它能够更好的解释试图寻呼移动台的基站面临的问题，该移动台按照以上描述的方法被分配给信道。假设移动台位于第一小区中，具有信道A与B，使用它的缺省散列算法来确定占用的信道。还假设缺省的散列算法确定了移动台应该占用信道A。在以后的时间里，例如由于信道A上的业务量的原因，第一小区中的基站就向移动台发送信道重分配消息来告诉移动台切换到信道B。如果移动台此后移动到另一个小区并且随后转回到第一小区，它将重新使用它的缺省散列算法来选择信道A。当基站想寻呼该移动台时，它不知道移动台是占用信道A(因为它转移到另一个小区然后返回到初始的小区)还是占用信道B(因为移动台停留在该小区中)。为了避免这个问题，基站应该在两个信道上呼叫该移动台，但是这将增加小区中的寻呼流量。由于带宽是有限的，所以这不是一个理想的解决方法。

相应地，希望能够提出一些技术与系统，使得在分组数据通信系统中，基站凭此技术与系统可以更容易地确定在哪个信道上寻呼移动台。

概述

本发明通过在移动台与基站中提供再散列定时器以便同步信道选择处理并且避免在基站中存储长的再散列列表的需要，来试图解决以上指出的缺陷。

根据本发明的示范实施方案，占用第一信道的移动台从某个基站接收到命令后就再散列到第二信道。移动台再散列到新的信道，发送一个指示其正侦听的新信道的确认消息，并启动其再散列定时器。即使移动台离开了小区并随后返回，移动台仍将继续使用第二信道直到再散列定时器超时，以便与那个基站通信。当移动台的再散列定时器超时后，如果它需要重新侦听某个基站，它将重新使用缺省的散列算法来确定合适的(也就是第一)信道。

从基站的角度看，根据本发明的示范实施方案，基站从标识其正在侦听第二信道(再散列的)的移动台接收确认消息。此时，为了以后的参考(例如，如果它需要寻呼移动台时)，基站将把新的信道存储在再散列列表中并启动自己的再散列定时器，这个定时器与那个特定移动台相关联。基站将使用存储在再散列列表中的信道寻呼那个特定的移动台，直到基站的再散列定时器超时。定时器超时后，基站将使用缺省的散列算法来确定合适的(缺省的)信道用来与占用该信道的该移动台通信。

附图简述

通过后面参考附图对优选实施方案的描述，以上所述的本发明的目的与特点将更加清晰，其中：

图1是示范的蜂窝移动无线电话系统的方框图，其中包括一个示范的基站与移动台，它们都使用了按照本发明的再散列定时器；并且

图2是一个流程图，它描述了一种按照本发明的示范实施方案、用来确定移动台所占用的信道的方法。

发明详述

在下面的描述中，为了解释而非限制，给出了特定细节以便提供对本发明的彻底理解，特定细节是例如特定的电路、电路组件、技术等。然而，对于本领域的技术人员很显然，即本发明在可以在其它与这些特定细节不同的实施方案中应用。在其它的情况下，为了更突出本发明的描述，对于众所周知的方法、设备与电路的详细描述都被省略。

图1示出了一个示范的蜂窝移动无线电话系统，在此系统中可以实施本申请，该系统包括示范的、实施本发明中的再散列定时器的基站110与移动台120。基站包括一个控制与处理单元130，它连接到分组交换机140。在本领域中已知道蜂窝无线电话系统的一般知识，正如由以上引用的美国专利申请描述以及由授于Wejke等的第5,175,867号标题为“蜂窝通信系统中的邻近协助的越区切换”的美国专利和在1992年10月27号提交的美国专利申请第07/967,027号(标题为“多模式信号处理”)中描述的，以上两个文件都在此引入作为参考。

基站110通过分组业务信道收发器150处理多个分组业务信道，分组业务信道收发器150由控制与处理单元130控制。而且，每一基站包括一个分组控制信道收发器160，它可能控制一个以上的分组控制信道。分组控制信道收发器160由控制与处理单元130控制。分组控制信道收发器160在基站或小区的分组控制信道上向锁定在该分组控制信道上的移动台广播控制信息。应该理解的是收发器150与160能够像业务与控制收发器170一样，作为一个单独的设备实施，业务与控制收发器170用于共享同一无线载波频率的DCCH与DTC。基站110也采用再散列定时器111，关于它的操作在下面有详细的描述。

移动台120在它的业务与控制信道收发器170上接收在分组控制信道上广播的信息。然后，处理单元180评估接收到的分组控制信道信息，此信息包括移动台可能要锁定的候选小区的特征，并且决定移动台应该锁定到哪个小区。有利的是，接收到的控制信道信息不仅仅包括有关与其关联小区的完全信息，而且还包括与该控制信道相关的小区接近的其它小区有关的信息，正如授于Raith等人的专利中所描述的，其美国专利号为5,353,332，题目为“无线电话系统中通信控制的方法和装置”，它被在此引入作为参考。移动台也使用了再散列定时器121。

根据本发明的示范实施方案，使用再散列定时器111与121协助系统来决定在哪个信道上寻呼移动台以及解决有关以上描述的信道分配的不确定性问题。在这些再散列定时器协助下的一种示范的清除基站110中的再散列列表的方法现在将根据流程图2来描述。

从步骤200开始，假设在终接数据事务的示范移动台中，基站110发送一个起始帧，包括给移动台120发送信道重分配消息指示由于例如移动台120占用的信道上的负荷，移动台要调谐到一个新的信道上(例如新的PCCH)。本领域的技术人员将理解，就像上面指出的一样最初是使用缺省的散列算法来选择移动台占用的信道。移动台要确认信道重分配消息的接收，例如，根据在共同未决且共同转让的、序列号为＿＿、题目为“重分配握手”的美国申请中描述的技术，这里引入它的全部内容作为参考。移动台120然后调谐(步骤202)到在信道重分配消息中指示的它的新信道上，并且启动它的再散列定时器121。当移动台调谐到它的新信道上以后，它可能会被基站110询问以便向基站110发送确认消息，包括它的新信道的身份(例如频率、时隙、信道号、扩频码或者其组合)。

接收到确认消息以后，基站110启动它的再散列定时器111(步骤204)，并在存储器(未示出)中的再散列列表中存储移动台120的位置(也就是新的信道)。作为一种选择，当基站发送信道重分配消息时，它可能启动它的再散列定时器111。本领域的技术人员将理解根据设计与实施方案的细节来选择用来启动基站再散列定时器111的特定触发动作，以及使基站在移动台120启动其再散列定时器121的几乎同时启动它的与移动台120相关的再散列定时器是很重要的。

当再散列定时器111计数时，基站110将使用再散列列表中指示的信道寻呼移动台120(步骤206、208)。一旦计时器111超时，基站110在再散列列表中终止移动台的条目，并且其后例如，如果基站110需要寻呼移动台120，则使用缺省的散列方法(210步)来决定移动台120正侦听哪一个信道。而且，一旦再散列定时器121超时，移动台120将使用缺省散列方法再散列，并且又一次改变信道。根据本发明的典型实施方案，移动台120并不在小区重选(即移动台转移到另一个小区，然后再回到初始小区的情况)时复位它的再散列定时器121。

根据本发明的再散列技术提供了这样的优点，即使移动台在小区之间移动以及返回到它以前被命令进行再散列的小区，它都使用自己被命令再散列到的PCCH(除非它的再散列定时器已经超时)，因此减轻了基站决定在哪个信道上寻呼移动台的负担。如果移动台120的一个条目存在于再散列表中，基站110就使用该再散列条目指定的PCCH。否则，基站110就使用缺省的散列算法来决定移动台120的PCCH。由于再散列定时器111超时后移动台的条目就被删除，本发明也避免了在基站中存储长再散列列表的需要。当然，基站需要使用多个定时器来跟踪相应的移动台。同样地，移动台也应该有多个再散列定时器以便能够跟踪它进入的不同小区。然而，如果定时器被设置为一个很小的值，那就需要更少数目的再散列定时器。移动台使用的定时器的具体数目可能是不同的，然而，很有可能的是每一个移动台可能包含两个或多个这样的定时器。

根据本发明的再散列定时器除了被用来使系统能够决定在哪一个信道上寻呼移动台之外，还对分组通信系统中的高效负荷分担也起了重要作用。例如，像以上提到的，为了在可获得的通信资源上重新分配通信负荷，移动台可能会最初被重新分配信道。尽管前述示范实施方案描述了这样的情况，即移动台在其再散列定时器超时后自动回复到它的缺省信道上，然而，也可能会有一些与高效的负荷分担配置相关的环境，在这些环境中移动台改而需要停留在它的再散列信道上。因此，根据本发明的再散列定时器可能会被选择的启用，例如通过在信道重分配消息中提供另外的消息元素，来通知移动台它是否应该启动再散列定时器。作为一种选择，信道重分配消息能够包含一个定时器的值，移动台能够把该值装入它的再散列定时器使得系统能够控制移动台何时返回到它的缺省信道。这就允许在使用根据本发明的再散列定时器的系统中实行更强的负荷分担控制。

前面所述内容已经描述了本发明的原理、优选的实施方案以及操作模式。然而，本发明不应该被局限于以上所讨论的特定实施方案中。因此，以上描述的实施方法应该被看成是说明性的，而不是局限性的，并且应该理解，在不违背以下权利要求定义的本发明的范围的情况下，本领域的科技人员对这些实施方案可以做出更多的变化。

Claims (16)

1.一种用于在无线通信系统中的基站与移动台之间传输分组数据的方法，所说的方法包括如下步骤：

确定在其上可以在该移动台与基站之间交换信息的第一信道；

在该第一信道上从该基站向移动台发送信道重分配消息来指示该移动台要再散列到新的信道上；

从该移动台传输确认消息到该基站来指示接收到了该信道重分配消息；

在该移动台中启动再散列定时器；

在该基站中启动再散列定时器以响应确认消息；

再散列到新的信道上；并且

其中，一旦该再散列定时器超时，该移动台与该基站就再散列回到第一信道上。

2.根据权利要求1的方法，其中确定的步骤还包括：使用缺省的散列算法来确定该第一信道。

3.一种用于由无线通信系统确定移动台正占用的信道的方法，该方法包括如下步骤：

提供一种可以将移动台分配到缺省信道上的缺省算法；

有选择的把该移动台从该缺省信道重分配到另一信道上；

向该系统存储的列表增加该移动台与该另一信道间的关联；

启动定时器；

当该定时器超时时，把该关联从列表中删除；并且

使用列表中的至少一条和该缺省的算法来确定移动台正占用的信道。

4.根据权利要求3的方法，其中提供缺省算法的步骤还包括以下步骤：

提供基于该移动台标识的至少一部分的散列算法。

5.根据权利要求3的方法，其中有选择的重分配步骤还包括以下步骤：

从无线通信系统向移动台发送信道重分配消息，此信道重分配消息包括该移动台用来确定该另一个信道的散列算法的标识。

6.根据权利要求3的方法，其中启动定时器的步骤还包括：

从该移动台接收到确认消息并且启动定时器作为响应。

7.一种用于由移动台来确定其应该侦听的、与基站相关的信道的方法，此方法包括以下步骤：

标识由该基站发送的第一信道为所说信道；

从侦听第一信道切换到侦听第二信道，该第二信道也由该基站发送；并且

在移动台中启动定时器来确定移动台何时应该切换回第一信道。

8.根据权利要求7的方法，其中标识的步骤还包括以下步骤：

根据该移动台标识数字的至少一部分，使用散列算法确定移动台应该侦听的所说第一信道。

9.根据权利要求7的方法，其中切换步骤还包括以下步骤：

从该基站接收消息来改变信道。

10.根据权利要求7的方法，还包括以下步骤：

把该移动台从与基站相关的第一小区移动到第二小区，并且随后返回到第一小区；

当返回到第一小区后，如果定时器仍然是激活的，就侦听第二信道。

11.一种基站，它包括：

发送与接收无线信号的收发器；

控制该收发器的处理器；

存储包括移动台标识以及与其相关的信道的条目的存储器；以及

至少一个用来确定何时从该列表中删除该条目的定时器。

12.根据权利要求11的基站，其中该处理器启动定时器以响应从移动台接收到的确认消息。

13.根据权利要求11的基站，其中该处理器根据该移动台当前在存储器中是否有相应的条目来选择一个可在其上寻呼移动台的信道。

14.一种移动台，它包括：

发送与接收无线信号的收发器；

一个处理器，负责控制该收发器，并且确定是在该移动台空闲时侦听缺省信道还是在该移动台空闲时侦听另一信道；并且

至少一个定时器，用于监测一个时间周期，在此时间周期内该处理器已确定移动台应该侦听另一信道。

15.根据权利14要求的移动台，其中该处理器使用缺省散列算法来确定该缺省信道。

16.根据权利14要求的移动台，其中该收发器接收到信道重分配消息并且该处理器从所说信道重分配消息中得到信息以便确定另一信道。

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